[发明专利]钙钛矿型SCR催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及烟气脱硝技术领域，具体而言，涉及一种钙钛矿型SCR催化剂及制备方法。

背景技术

氮氧化物(NO_x)不仅是形成酸雨的主要污染物之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗O₃的一个重要因子，其主要成分为一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。氮氧化物对人体眼睛和呼吸道具有强烈的刺激性。长期吸入氮氧化物可能会导致肺部构造改变，严重危害人体健康。《2014年环境统计年报》显示，2014年我国氮氧化物排放总量为2078.0万吨，其中工业氮氧化物排放量占全国氮氧化物排放总量的67.6％。2014年调查统计的工业行业中，氮氧化物排放量位于前三位的行业依次为电力、热力生产和供应业，非金属矿物制品业和黑色金属冶炼及压延加工业。此三个行业的氮氧化物排放量之和占重点调查工业企业氮氧化物排放总量的84.0％。就此现状，2015年我国全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造，严格控制工业源的氮氧化物排放量，例如“超低排放”要求火电厂氮氧化物排放量低于50mg/m³，焦化行业氮氧化物排放量低于150mg/m³等。因此，控制氮氧化物的排放任重道远。

选择性非催化还原(Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR)和选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)是目前国际上应用最为广泛的烟气脱硝技术，其反应机理都是以外加的氨气(NH₃)作为还原剂将烟气中的NO_x还原成无毒无害的氮气和水。然而SNCR的脱硝效率一般不超过60％。如果只单独使用SNCR技术，难以满足日益严格的排放标准。所以NH₃-SCR技术是实现氮氧化物超低排放的必要手段，其核心脱硝催化剂性能决定了SCR技术的应用条件和范围。目前，钒系催化剂(如V₂O₅/WO₃-TiO₂和V₂O₅/MoO₃-TiO₂)是市场上普遍使用的SCR催化剂，但是其温度窗口较窄(300～420℃)，使用寿命短，不易再生，更重要的是V₂O₅具有生物毒性。为了取代有毒的钒系催化剂，无毒催化剂一直是研究热点。钙钛矿型氧化物由于其组成多样、结构稳定、抗高温烧结性能好等优势而被研究作为SCR催化剂。

然而，目前已有的钙钛矿型SCR催化剂在脱硝效率、温度窗口及抗硫抗水性能方面的表现均存在欠缺。如何进一步提高钙钛矿型SCR催化剂的脱硝效率、拓宽其温度窗口以及增强其抗硫抗水性能，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种钙钛矿型SCR催化剂及制备方法，以解决现有技术中钙钛矿型SCR催化剂在脱硝效率、温度窗口及抗硫抗水性能方面的表现存在欠缺的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种钙钛矿型SCR催化剂，其化学通式为ABO₃，通式中A元素为稀土元素及碱土金属元素中的一种或多种，且铈元素为A元素中的必选元素；B元素为锰元素、铁元素、钴元素、镍元素及铜元素中的一种或多种。

进一步地，A元素与B元素的摩尔比为0.5～2:1，优选为1:1。

进一步地，除了铈元素以外，稀土元素选自镧元素、铕元素、钐元素、镨元素及钆元素中的一种或多种；碱土金属元素选自镁元素、钙元素、锶元素及钡元素中的一种或多种。

进一步地，除了铈元素以外，A元素还包括镧元素和/或锶元素；优选地，A元素包括铈元素、镧元素和锶元素，且铈元素、镧元素和锶元素之间的摩尔比为1～3:7～9:1～3。

根据本发明的另一方面，提供了一种钙钛矿型SCR催化剂的制备方法，其包括以下步骤：将A元素的可溶性盐、B元素的可溶性盐、水及络合剂混合，得到混合液；使混合液中的水分挥发以形成凝胶；将凝胶进行灰化处理，得到海绵状材料；以及将海绵状材料进行焙烧，得到钙钛矿型SCR催化剂。

进一步地，络合剂选自乙二胺四乙酸、柠檬酸及聚丙烯酸中的一种或多种；优选地，将络合剂的摩尔量记为n1，将A元素的可溶性盐和B元素的可溶性盐的摩尔总量记为n2，其中n1:n2＝1～2.5；优选地，A元素的可溶性盐为硝酸盐和/或氯盐，B元素的可溶性盐为硝酸盐和/或氯盐。